镍基合金喷熔层在海洋环境下的抗空蚀性能研究

发布时间：2020-05-15 21:35

【摘要】：空蚀广泛存在于海洋装备的过流部件,如海洋钻井平台中的离心泵和输送泵、船舶螺旋桨、气缸套等,不仅造成巨大的经济损失,也带来极大的安全隐患。采用表面工程技术和先进的涂层材料,在过流部件表面制备抗空蚀涂层是解决海洋工程装备关键部件空蚀问题的重要技术手段。镍基合金由于具有良好抗空蚀性能和优异的工艺性而被广泛用作抗空蚀涂层材料。镍基自熔性合金是应用最广泛的一种镍基合金,包括NiCrBSi系列、WC增强Ni基系列、NiCrBSiMoCu系列等,采用氧乙炔火焰喷熔工艺制备了Ni60A、NiWC35、Ni55MoA和Ni60CuMo不同镍基合金喷熔层。采用X射线衍射相分析仪(XRD)和扫描电镜(SEM)分析了涂层的显微组织结构,测量了涂层的洛氏硬度、电化学特性。分别在3.5%NaCl溶液和蒸馏水中进行涂层的空蚀试验,探讨了涂层在NaCl溶液中的抗空蚀性能并分析空蚀机理。试验结果表明,NiCrBSiMoCu喷熔层组织细小,抗腐蚀性能较好。WC增强镍基合金喷熔层中弥散分布着WC颗粒,WC的加入虽然提升了喷熔层的硬度,但使其抗腐蚀性能大大降低。空蚀试验结果表明,两种NiCrBSiMoCu喷熔层在NaCl溶液中具有优异抗空蚀性能,在NiCrBSi喷熔层的基础上提升了24%和39%;WC增强镍基合金喷熔层在NaCl溶液中的抗空蚀性能最差,在NiCrBSi喷熔层的基础上降低了28%。不同镍基合金粉末所含元素的种类与含量有所差异,制备的喷熔层的组织结构不同,因此在NaCl溶液中的抗空蚀性能不同。虽然涂层材料的空蚀均是由空蚀裂纹的扩展导致材料表面颗粒剥离,产生蚀坑,但是组织细小的NiCrBSiMoCu系列涂层空蚀裂纹扩展困难(尤其是Ni60CuMo),蚀坑较小和较浅,因此在NaCl溶液中抗空蚀性能较好,相对而言NiCrBSi系列涂层表面蚀坑较大和较深,在NaCl溶液中抗空蚀性能较差。WC增强镍基合金喷熔层存在体积较大的WC硬质相,由于WC颗粒与镍基固溶体构成较强原电池,大大加速了其相界裂纹的扩展,导致WC颗粒的脱落,进而又引起周围镍基固溶体的剥落,涂层表面出现的空蚀坑最大而且蚀坑周围呈现凹凸不平的形貌,因此在NaCl溶液中的抗空蚀性能最差。
【图文】：

装备的空蚀现象洋油气开发的空蚀现象气开发采用钻井平台，如图 1.1 所示。平台中的钻井泵、机械常出现空蚀破坏，在海洋这种腐蚀环境下其空蚀损井泵的空蚀的空蚀是由钻井液汽化造成的。研究表明，钻井液中因 间不可溶的固相微颗粒而较自来水更易汽化，两者汽化压

1.2.2 船舶流体机械的空蚀现象（1）船舶螺旋桨的空蚀空蚀现象19世纪首次被发现是在船舶螺旋桨叶片上。图1.2为螺旋桨空蚀形貌。近二十年里，由于螺旋桨功率不断增大，大型船舶的航速不断提高，，螺旋桨的空蚀成为一个越来越严峻的问题。空蚀造成螺旋桨水动力性能的恶化，桨叶材料剥蚀、脱落，发展到一定程度将产生强烈的噪声并会加剧船体震动。一旦发现船舶螺旋桨发生空蚀现象必须及时采取措施着手修复，否则不仅会影响船舶水动力性能，更严重的是空蚀源一旦产生后，其扩展将是一个加速的过程，整个螺旋桨的性能将很快因空蚀而大大降低[8-9]。图 1.2 螺旋桨空蚀图片（2）船舶尾轴的空蚀目前商船上应用的尾轴轴承主要采用水润滑和油润滑两种方式。水润滑式尾轴轴承采用水作为润滑介质，油润滑式尾轴轴承则采用滑油为润滑介质。与水相比较而言，滑油在同样的饱和温度下饱和压力低，不容易汽化，故空蚀更常见于水润滑轴承的尾轴。尾轴在振动过程中与轴承之间的间隙是时刻变化的且是一种无规律的振动
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U674.38

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本文编号：2665663